温永强教授、杜宏武教授等《AFM》： 多功能DNA水凝胶敷料促进糖尿病感染伤口愈合

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近日，化生学院化学系温永强教授、生物系杜宏武教授等在“多功能DNA水凝胶敷料促进糖尿病感染伤口再生”方面的研究取得突破性进展，并在《Advanced Functional Materials》上发表研究性论文“Multifunctional DNA Hydrogels with Hydrocolloid-Cotton Structure for Regeneration of Diabetic Infectious Wounds”。
        多功能DNA水凝胶敷料促进糖尿病感染伤口再生的研究，为糖尿病患者带来福音。目前，因糖尿病引发的伤口感染已成为全球重大的医疗负担。由于临床敷料的单一性，缺乏具有高吸收性、可定制形状、快速自愈、引导组织再生和恢复生理功能的全身性多功能伤口敷料。因此，糖尿病感染性伤口治疗仍然是再生医学面临的重大挑战。鉴于以上问题，温永强教授、杜宏武教授以及北京大学人民医院张培训教授等人通过DNA接枝、聚乙烯亚胺动态交联以及掺杂黑磷量子点，成功制备了一种多功能DNA水凝胶敷料，以促进糖尿病感染性伤口愈合和组织再生。
该水凝胶具有优异的渗出液吸收性能、可调加热能力、力学行为、自愈能力、可写性、组织粘附和抗菌性能，原花青素 B2 (OPC B2) 的掺入赋予了 DNA 水凝胶显著的清除自由基和抗氧化特性。同时，该水凝胶敷料可以使伤口保持稳定的重塑状态，激活神经元转变为修复状态，加速皮肤神经再生和血管生成。除此之外，它还具备促进组织再生的能力，可以促进毛囊和毛发再生。因此，这种先进的水凝胶敷料为临床治疗糖尿病感染伤口、引导组织再生提供了一种有效的方法。
       作者设计了一种多功能的 DNA 水凝胶敷料（图1）。基于碱基配对原理，作者开发了树枝状大分子X+Y形DNA连接结构，然后与掺有黑磷量子点的聚乙烯亚胺动态交联形成生物活性 DNA 水凝胶，并在其中加载OPC B2 作为一种天然营养素，具有抗氧化和清除自由基的能力，并能促进细胞增殖和血管生成。作者建立了全层皮肤感染的糖尿病小鼠模型，研究了体内糖尿病感染伤口的愈合性能。研究表明：水凝胶敷料提供的3D空间结构可以吸收大量脓液组织液，为伤口愈合提供了完美的环境。第6天，观察到有新皮形成，而在第10天形成上皮层，可清晰观察再生结构和新生毛囊组织。治疗10天后，治疗的伤口几乎完全愈合，创面愈合率高达99.9%，而其他组的伤口没有完全闭合。表明水凝胶在NIR触发下具有优异的伤口愈合性能。

图1 水凝胶的制备、促进糖尿病感染性伤口愈合机制示意图

        作者监测了伤口微环境的变化。巨噬细胞主要表现为炎症期的 M1 表型和修复期的M2表型。M1释放促炎因子诱导组织损伤，M2释放抗炎因子减少炎症，加速伤口愈合，促进组织再生。作者评估了 3、5 和 7 天的伤口组织。在治疗的第5天和第7天，敷料的IL-10和TGF-β1的mRNA表达量最高，几乎是对照组的1.8-2.5倍。说明敷料在炎症早期有效促进巨噬细胞从M1向M2表型的转化。为了评估 DNA 敷料对感染性伤口的修复效果，作者对血管内皮细胞标志物 CD31 进行免疫组织化学染色，以确认伤口愈合过程中新血管的形成。结果表明，说明DNA水凝胶敷料促进了血管生成，并促进了毛囊和毛发再生。
        总结：
        作者成功开发了一种水凝胶敷料，以促进糖尿病感染性伤口愈合和组织再生。该DNA水凝胶敷料显示出适当的机械性能、自愈能力、可写性和组织粘附性。此外，其还具有包括抗菌、抗氧化、抗炎、调节巨噬细胞极化、促进神经和血管生成等多种功能。总之，该多功能DNA水凝胶敷料为治疗糖尿病感染性伤口提供了一种有效、有前景、实用的联合疗法，为临床再生医学带来了新的希望。


        文章来源：北京科技大学
        温永强，男，北京科技大学化学与生物工程学院教授、化学与生物工程学院副院长。智能响应性分子与材料 DNA纳米技术 纳米生物医用与绿色健康材料。
        杜宏武 ，北京科技大学生物科学与工程系副主任，教授，北京市科技新星、教育部新世纪优秀人才 曾先后担任多家国内外生物医药企业的发起人和主要技术提供者，美国AIM公司首席科学家，入选北京市科技新星、教育部新世纪优秀人才，荣获美国斯坦福大学“HIMC杰出贡献奖”，北京市科委“优秀创新成果奖”和“最具产业化前景奖”。开发多项原创生物技术如个体化全蛋白质组生物芯片系统，拥有数十个原创的我国汉族人群特异的诊断/治疗用新靶点、部分成果现已形成新产品，包括转化形成新药证书及医疗器械许可证9件，已发表论文110篇，其中近三年的原创靶点发现SCI研究论文合计31篇。